第三节化学平衡的移动化学平衡常数

1第三节化学平衡常数化学反应进行的方向高考新动向考点梳理（三年17考）1.理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。2.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。【考纲全景透析】一、化学平衡常数1.化学平衡常数（1）定义：在一定温度下，达到平衡的可逆反应，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值（2）表达式用K表示。对:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),badcBADCK（3）影响因素：平衡常数K只与温度有关，与浓度和压强无关。（4）平衡常数的意义：①K的大小，可推断反应进行的程度。K越大，表示反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；K越小，表示反应进行的程度越小，反应物的转化率越小②平衡常数表达式表明在一定温度条件下达成平衡的条件。在某温度下，某时刻反应是否达平衡，可用该时刻产物的浓度商Qc与K比较大小来判断。当QcK，υ(正)υ(逆),未达平衡，反应逆向进行；当QcK，υ(正)υ(逆),未达平衡，反应正向进行；当Qc=K，υ(正)=υ(逆),达到平衡，平衡不移动。③平衡常数数值的大小，只能大致告诉我们一个可逆反应的正向反应所进行的最大程度，并不能预示反应达到平衡所需要的时间。如2SO2(g)+O22SO3(g)298K时Kp＝3.6×1024很大，但由于速度太慢，常温时，几乎不发生反应。（5）注意问题：①K表达式中的各浓度为平衡时的浓度；②固体和纯液体浓度视为常数“1”；2③可逆反应中，正、逆反应的平衡常数互为倒数。二、化学反应进行的方向。1．自发过程含义：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自发进行的过程。2、化学反应方向进行的判据（1）焓判据：放热过程中体系能量降低，△H＜0，具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变判断反应的方向不全面。（2）熵判据①熵：量度体系混乱（或有序）的程度的物理量，符号S（同一物质，三种状态下熵值：气态＞液态＞固态）②熵增原理：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大。即熵变（△S）大于零。③熵判据：体系的混乱度增大（既熵增），△S＞0，反应有自发进行的倾向，但有些熵减反应也可以自发进行，故只用熵变判断反应的方向也不全面。（3）复合判据——自由能判据①符号：△G，单位：kJ·mol－1②公式：△G=△H—T△S③应用：△G＜0能自发进行；△G＝0平衡状态；△G＞0不能自发进行具体的的几种情况：焓变（△H）熵变（△S）反应的自发性＜0＞0任何温度都能自发进行＜0＜0较低温度下能自发进行＞0＞0高温下能自发进行＞0＜0任何温度都不能自发进行注：过程的自发性只能用于判断反应进行的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。三、等效平衡解题策略在相同条件下（定温、定容或定温、定压），同一可逆反应体系，不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，只要按化学计量数之比投入反应物或生成物，在达到化学平衡状态时，所建立起来的化学平衡状态都是相同的，这样的化学平衡互称为等效平衡。3（一）、等效平衡的标志我们所说的“等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同；“完全相同的平衡状态”在达到平衡状态时，任何组分的物质的量分数（或体积分数）对应相等，并且反应的速率等也相同；而“等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数（或体积分数）对应相同，反应的速率、压强等可以不同。（二）、等效平衡的分类在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下几种：1．定温、定容条件下的等效平衡：①化学反应前后气体分子数改变的等效平衡。②化学反应前后气体分子数不变的等效平衡。2．定温、定压条件下的等效平衡。（三）、等效平衡的解题思路我们常采用“等价转换”的方法，分析和解决等效平衡问题。1．在定温、定容条件下，对于化学反应前后气体分子数改变的可逆反应，只改变起始加入物质的物质的量，如果通过可逆反应的化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效。2．在定温、定容条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要反应物（或生成物）的物质的量之比与原平衡相同，则两平衡等效。3．在定温、定压条件下，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量之比与原平衡相同，达到平衡状态后与原平衡等效。（四）、题型解读题型1：一般可逆反应在恒温、恒容条件下建立等效平衡【例1】在一个体积固定的密闭容器中加入2molA和1molB，发生反应：2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(g)，达到平衡时C的浓度为amol·L－1。若维持容器体积和温度不变，按下列四种配比作为起始物质，达到平衡后，C的浓度仍为amol·L－1的是（）A．4molA＋2molBB．2molA＋1molB＋3molC＋1molDC．3molC＋1molD＋1molBD．3molC＋1molD题型2：反应前后气体体积不变的可逆反应在恒温、恒容条件下建立等效平衡【例2】可逆反应A(g)＋B(g)2C(g)在固定容积的容器中进行，如果向容器中充入1molA和1molB，在某温度下达到平衡时，C的体积分数为m%；若向容器中充入1molC，在同样的温度下达到平衡时，C的体积分数为n%，则m和n的关系正确的是（）A．mnB．mnC．m=nD．无法比较题型3：可逆反应在恒温、恒压条件下建立等效平衡【例3】在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中，保持一定温度和压强，进行以下反应：N2＋3H22NH3。已知加入1molN2和4molH2时，达到平衡后生成amolNH3（见4下表已知项）。在相同温度、压强下，保持平衡时各组分的体积分数不变。对下列编号①～③的状态，填写表中空白。已知编号起始状态物质的量n/mol平衡时NH3的物质的量n/molN2H2NH3140a①1.560②10.5a③mg(g≥4m)题型4：通过建立等效平衡的中间状态，比较反应物转化率的大小以及平衡时某物质体积分数、浓度的大小【例4】体积相同的甲、乙两个容器中，分别充有等物质的量的SO2和O2，在相同温度下发生反应：2SO2＋O22SO3并达到平衡。在这过程中，甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，若甲容器中SO2的转化率为p%，则乙容器中SO2的转化率为（）A．等于p%B．大于p%C．小于p%D．无法判断【规律总结】对于气体参加的可逆反应，在温度恒定的条件下，涉及体积与压强以及平衡移动有关判断的问题时，可设计一些等效平衡的中间状态来进行求解。这样能降低思维难度，具有变难为易、变抽象为直观的作用。【热点难点全析】〖考点一〗化学平衡常数应用1．应用(1)判断、比较可逆反应进行程度的大小。K值越大，反应进行的程度越大；K值越小，反应进行的程度越小。(2)判断可逆反应是否达到化学平衡状态对于可逆反应aA(g)＋bB(g)≒cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：浓度商Q＝ccC·cdDcaA·cbBQK反应向正反应方向进行，v正v逆＝K反应处于化学平衡状态，v正＝v逆K反应向逆反应方向进行，v正v逆5(3)判断可逆反应的反应热若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。(4)计算反应物或生成物的平衡浓度及反应物的转化率。2．相关计算(1)步骤①写出有关化学平衡的方程式。②确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度。③根据已知条件建立等式关系进行解答。(2)模式如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为amol/L、bmol/L，达到平衡后消耗A的物质的量浓度mxmol/L。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始(mol/L)ab00变化(mol/L)mxnxpxqx平衡(mol/L)a－mxb－nxpxqxK＝pxp·qxqa－mxm·b－nxn。(3)说明①反应物：c平＝c始－c变；生成物：c平＝c始＋c变。②各物质的转化浓度之比等于化学方程式中化学计量数之比。【典例1】关于化学平衡常数K的叙述正确的是()A.K越大，表示化学反应速率越大B.对任一可逆反应，温度升高，则K值增大C.对任一可逆反应，K越大，表示反应物的转化率越大D.加入催化剂或增大反应物的浓度时，K值就增大〖考点二〗化学平衡与转化率的关系1.转化率转化率=%100反应物的起始浓度反应物的平衡浓度反应物的起始浓度62.实例分析（1）反应前后气体体积不相等的反应。2232()()2()0SOgOgSOgH＜条件变化平衡移动转化率变化增大2O浓度正移2SO的转化率增大，2O的转化率减小增大3SO浓度逆移从你反应角度看，3SO的转化率减小升高温度逆移2SO、2O的转化率都减小增大压强正移2SO、2O的转化率都增大（2）反应物只有一种或是产物只有一种的可逆反应。2242NOgNOg（）（）条件变化平衡移动转化率变化体积不变时，充入2NO气体正移2NO的转化率增大体积不变时，充入24NO气体逆移2NO的转化率增大（3）对于反应前后气体体积相等的反应。22Ig+HgHIg（）（）2（）条件变化平衡移动转化率变化增大2H的浓度正移2H的转化率减小，2I的转化率增大增大HI的浓度逆移转化率不变增大压强不移动转化率不变3．惰性气体（与反应中各气体物质无关的气体）的影响(l)若容器恒温恒容，充人惰性气体虽改变了容器内气体的总压强，但却没有改变气体的浓度，故平衡不移动，转化率不变。(2)若容器恒温恒压，充人惰性气体会使容器的容积增大，虽未减小容器内气体的总压强，但降低了各物质的浓度，从而使平衡向气体体积增大的方向移动，若正向移动，转化率增大，若逆向移动，转化率减小。【提醒】(1)增大反应物浓度，反应物的转化率不一定增大。如合成氨的反应中，增大氮气浓度，氮气的转化率减小，氢气的转化率增大。7(2)生成物浓度比原来减小了，不一定是平衡向逆反应方向移动造成的，如气体反应减小压强，不论平衡向哪个方向移动，各种气体物质的浓度都减小。(3)压强增大，平衡不一定移动，可从v(正)与v(逆)的变化分析。如下表改变条件v(正)、v(逆)变化平衡移动恒容容器充入惰性气体v(正)、v(逆)不变平衡不移动反应前后气体相等反应，压缩容器体积v(正)、v(逆)都增大，且v(正)=v(逆)平衡不移动【典例2】在密闭容器中发生如下反应：aX(g)＋bY(g)cZ(g)＋dW(g)，反应达到平衡后保持温度不变，将气体体积压缩到原来的12，当再次达到平衡时，W的浓度为原平衡时的1.8倍。下列叙述中不正确的是A．平衡向逆反应方向移动B．a＋b＜c＋dC．Z的体积分数增加D．X的转化率下降〖考点三〗化学平衡的计算1.解题步骤(1)写出涉及到的可逆反应方程式。(2)找出起始量、转化量和平衡量中哪些是已知量，哪些是未知量，按三段式列出。(3)根据问题建立相应的关系式进行计算。2.模式（三段式）令A、B起始物质的量浓度分别为amol/L、bmol/L，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol/L。mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始量ab00转化量mxnxpxqx平衡量a－mxb－nxpxqx8(1)求平衡常数()()()()Kpqmnpxqxamxbnx(2)①对于反应物：n（平）=n（始）－n（变）对于生成物：n（平）=n（始）+n（变）②各物质的转化量之比等于化学方程式中化学计量数之比。【提醒】(1)采用“三段式”解题时，要注意单位问题，可以先在起始、变化和平衡后面标出单位，也可以在计算过程中每个数值的后面书写单位，但是不能漏掉单位。(2)计算转化率时,根据题目已知信息，只要转化量和起始量物理量相同即可，不一定要使用转化浓度除以起始浓度计算。【典例3】某温度下，在一个2L的密闭容器中，加入4molA和2molB进行如下反应：3A(g)＋2B(g)4C(s)＋2D(g)，反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6molC，则下列说法正确的是()A．该反应的化学平衡常数表达式是K＝c4